Под мирно катящимися волнами озера слышен гул, незаметный для всех, кроме сейсмометров, который рябит в землю, как волны рябят о берег.
В исследовании, опубликованном сегодня в Журнале геофизических исследований Solid Earth, ученые из Университета штата Юта сообщают, что эти небольшие сейсмические сигналы могут помочь науке. Как запись волнового движения в озере, они могут показать, когда озеро замерзает, а когда оттаивает. И как небольшой постоянный источник сейсмической энергии в окружающей земле микросейсмы озер могут пролить свет на геологию, окружающую озеро.
«Это своего рода новое явление», - говорит Кит Копер, директор сейсмографических станций Университета штата Юта и соавтор исследования. «Мы действительно не знаем, как он создается».
Открытие дрожащих озер
Сейсмологам давно известно, что океанские волны, переносимые ветром, генерируют небольшие сейсмические волны, называемые микросейсмами. Эти микросейсмы генерируются, когда волны тянутся по дну океана или взаимодействуют друг с другом. Они являются частью фонового сейсмического шума в прибрежных районах.
«Недавно мы обнаружили, что волны на озерах также генерируют эти микросейсмы», - говорит Копер. Озерные микросейсмы ранее регистрировались вблизи Великих озер, Большого Невольничьего озера в Канаде и Большого Соленого озера в штате Юта. В статье Копер и его коллеги представляют дополнительные наблюдения на Йеллоустонском озере и трех озерах в Китае, исследуя характеристики микросейсм соответствующих озер.
Копер говорит, что толчки очень слабые. «Вы бы не смогли их почувствовать, это точно», - говорит он. Но при усреднении сейсмических сигналов за длительный период - например, за шесть месяцев - получается устойчивый сигнал.
Сканирование Земли
Сигнал можно использовать для получения того, что Копер называет "компьютерной томографией Земли" или сейсмической томографией. Сейсмические волны распространяются через разные геологические материалы с разной скоростью, поэтому наблюдение за тем, как волны меняются, когда они исходят из источника, может выявить подповерхностную геологию. Исследователи могут создавать эти сейсмические источники с помощью таких методов, как удар молотком по металлической пластине, взрыв или специально оборудованный грузовик с вибрирующей пластиной. Озера, говорит Копер, представляют собой естественный, регулярный источник. «Потребуется немало усилий и работы, чтобы генерировать такой уровень энергии».
Территория, которую можно исследовать с помощью озерных микросейсмов, ограничена областью, близкой к озеру, но Копер пишет, что озерные микросейсмы, исходящие из Большого Соленого озера, могут достигать достаточно далеко, чтобы визуализировать, как сейсмические волны будут перемещаться под Соленым озером. Город, расположенный на разломе Уосатч, пережил сильное землетрясение. Точно так же микросейсмы озера Тахо могут распространиться на Рино, штат Невада, а озеро Мичиган может предоставить микросейсмы для отображения геологии под районом Чикаго.
Слежение за льдом в озерах
Микросейсмы могут выполнять и другую функцию, говорит Айни Мохдхари, старший специалист по геологии. Поскольку толчки вызываются ветровыми волнами, микросейсмы прекращаются, когда зимой озеро замерзает. Они возобновляются снова, когда оттепели весной. Таким образом, вместо того, чтобы полагаться на спутниковые наблюдения или наблюдения очевидцев, замерзание и таяние озера можно было бы контролировать с помощью автономного сейсмометра.
Мохдхари изучил микросейсмические данные Йеллоустонского озера, хорошо наблюдаемого озера, для которого известны даты замерзания и оттаивания. «Мы сравниваем данные, полученные с сейсмографа, чтобы убедиться, что они совпадают», - говорит она. «Пока это так». На озере Йеллоустоун сейсмологические наблюдения могут не потребоваться, но они могут быть полезны для мониторинга более отдаленных озер на предмет долгосрочных изменений продолжительности ледяного покрова. Мохдхари представит результаты своей работы по озерным микросейсмам на осеннем собрании Американского геофизического союза, которое состоится 11-15 декабря в Новом Орлеане.
Слушая Йеллоустонское озеро
Следующим летом Мохдхари и Копер присоединятся к коллегам в дальнейшем сейсмическом исследовании Йеллоустонского озера. Они разместят группу небольших сейсмометров, называемых геофонами, по периметру озера, а также разместят группу специальных водонепроницаемых сейсмометров на дне озера. Кроме того, они будут использовать буй на озере для измерения ветра и волнения. Их коллеги хотят понять гидротермальные источники в Йеллоустонском озере, но Мохдхари и Копер гораздо больше заинтересованы в съемке микросейсмов со всех сторон.
«Если мы сможем одновременно записывать на суше и под водой, - говорит Копер, - мы сможем лучше понять, как эти вещи генерируются».